在過去的幾十年里，軟件定義的射頻測試系統架構已經成為主流。如今，幾乎所有商業現成的（COTS）自動化射頻測試系統都使用應用軟件通過總線接口與儀器進行通信。射頻應用變得越來越為復雜，工程師們正面臨增強功能性且不增加測量次數與成本的兩難。盡管在測試測量算法、總線速度和CPU速度上的提高減少了測試次數，但仍需要進一步改善以應對不斷復雜化的射頻測試應用。

在商用現成的射頻測試儀器中增加現場可編程門陣列（FPGA）的使用，可以滿足對于速度和靈活性的需求。在高層中，FPGA是可編程的硅芯片，可以通過軟件開發環境的配置來實現自定義硬件功能。雖然在射頻儀器中使用FPGA是一個很好的創舉，但通常這些FPGA密閉且功能固定，只能用于特定的目的，允許自定制的范圍很小。這正體現了用戶可編程的FPGA相較于封閉、固定特性FPGA的顯著優勢。借助于用戶可編程的FPGA，您可以自定制射頻儀器直至管腳，讓它能夠滿足您的特定應用需求。

矢量信號收發儀（VST）是一類全新的儀器，它結合了矢量信號分析儀（VSA）、矢量信號發生器（VSG）與基于FPGA的實時信號處理和控制。NI的全球首臺VST還擁有用戶可編程FPGA，它允許自定義算法直接用于儀器的硬件設計。這種軟件設計的方法讓VST擁有了軟件定義無線電（SDR）架構的靈活性以及射頻儀器的高性能。圖1（下圖）展現了傳統射頻儀器和VST軟件設計方法之間的差異。

圖1. VST軟件設計方法與傳統方法的對比。

NI VST： 基于LabVIEW FPGA和NI RIO構架

NI LabVIEW FPGA模塊擴展了LabVIEW系統設計軟件，以便在NI可重配置I / O（RIO）硬件上應用FPGA，NI VST便是其中之一。由于LabVIEW能夠清楚地表現并行架構和數據流，非常適用于FPGA程序的編寫，所以用戶不論有沒有傳統FPGA設計的經驗都能高效運用可重新配置硬件的功能。作為系統設計軟件，LabVIEW能夠混合處理FPGA和微處理器（在PC環境中）上的數據，因而用戶無需擁有淵博的計算架構和數據處理知識即可實現 ，這點對于現代通信測試系統的裝配尤其重要。

NI VST軟件基于強大的LabVIEW FPGA與NI RIO架構，并擁有眾多針對客戶應用的初始功能，包括應用IP、參考設計、范例和LabVIEW范例項目。這些初始功能包含了所有默認的LabVIEW FPGA特性和預構建的FPGA位文件，以幫助用戶快速上手。若沒有這些現成的功能，以及高效的LabVIEW、精心設計的應用/固件架構，VST軟件設計的特性將會是各類用戶不小的挑戰，因此正是這些特性將前所未有的高水平定制帶向了高端儀器。
改進傳統射頻測試

NI VST不僅具備快速的測量速度和小巧的生產測試儀器組成結構，同時還擁有研發級箱型儀器的靈活性和高性能。VST因此可以用來測試各種標準，如802.11ac，5.8 GHz下其誤差矢量幅度（EVM）優于-45 dB（0.5％）。此外，傳輸、接收、基帶I/ Q以及數字輸入輸出都擁有共同的用戶可編程FPGA，使得VST遠遠優于傳統的箱型儀器。

數據壓縮就是一個典型的例子，截取、信道化、平均以及其它自定義算法允許FPGA執行計算強度大的任務。通過減少必要的數據吞吐量和主機上的處理負載，可縮短測量時間且增加平均，給予用戶更大的測量信心。其它基于FPGA、用戶定義的算法的范例還包括自定制觸發、FFT發動機、噪音校正、內聯濾波、變時滯、功率級伺服等等。

軟件設計儀器，如VST，還可以縮小設計和測試之間的差異，讓測試工程師可在設計完成之前集成或驗證設計的各個方面，同時允許設計工程師使用儀器級硬件，將他們的算法原型化并在設計早期流程中評估設計。

范例： 基于FPGA的DUT控制和測試序列

除了射頻接收器和發送器的基帶I/Q數據，PXI VST還具有高速數字I / O，可直接連接到用戶可編程的FPGA。這使用戶能夠執行自定制數字協議，控制待測設備（DUT），大幅減少測試次數。查看圖2中的范例。 除此之外，測試序列可在FPGA上執行，允許DUT通過實時測試改變狀態和序列。

圖 2. VST靈活的數字I / O功能可以控制射頻收發器的狀態。

范例： 功率放大器測試的功率級伺服

功率放大器（PA）重要的一點是包含預期輸出功率，甚至超出其線性工作模式。為了準確地校準PA，其采用了功率級的伺服反饋循環來確定最終的增益。 功率級伺服通過分析儀捕捉當前的電流輸出功率，并控制發電機的功率級別，直至獲得所需的功率，這是一個相當耗時的過程。 簡單來說，它使用比例控制循環，在功率級別上來回擺動，直至輸出功率級和所需的匯合。 VST適用于功率級伺服，因為進程可直接在用戶可編程FPGA上實現，從而更快地達到所需的輸出功率值（見圖3）。

圖3. 在PA測試中，功率級伺服上使用VST可更快地達到所需的輸出功率值。

其它射頻應用

VST不僅僅是快速靈活的矢量信號分析儀以及矢量信號發生器。 VST的射頻接收器、射頻發送器，以及用戶可編程的FPGA使其能夠超越傳統的VSA/ VSG模式。 例如，VST可由用戶完全重新構建，來執行其它復雜的射頻應用處理，例如將新的射頻協議原型化，實現軟件定義的無線電，以及信道間的仿真。?
? ? ? ?范例： MIMO射頻信號的無線電通道仿真器

近年來，多輸入多輸出（MIMO）射頻技術進步顯著，尤其是在移動電話和無線標準方面。除此之外，射頻調制方法日趨復雜，射頻帶寬不斷增加，射頻頻譜正變得越來越為擁擠。隨著技術的進步，在靜態的環境中測試無線設備相當重要，但了解這些設備在動態現實世界中的行為也同等重要。

無線信道仿真器是一種可在真實世界中測試無線通信的工具。衰退模式可用來仿真空氣的干擾、反射、移動的用戶以及其它阻礙物理無線環境中的射頻信號的自然現象。在FPGA上對這些數學衰退模式編程，VST可實現實時無線通道仿真器。下面的圖4為LabVIEW環境下的兩臺VST實現2x2 MIMO無線通道仿真器。衰退模式的設置顯示在屏幕的左側和中心。通過頻譜分析儀捕捉衰退模式發出的射頻輸出信號，并顯示在右邊。這些頻譜圖清楚顯示了因衰退模式產生的頻譜零點。

圖4. 范例LabVIEW前面板上顯示了使用兩臺VST實現MIMO信道仿真的效果。

軟件設計儀器的多種可能性

VST的誕生引領了一類新的儀器，它們并非供應商提前設定好的儀器，而是經過軟件設計，完全針對用戶的自身需求進行應用。 隨著射頻DUT變得更加復雜，對于上市時間的要求越來越高，儀器的功能水平又掌握在了射頻設計師和測試工程師的手中。 本文中的范例只不過是VST眾多功能中極小的一部分。 想要知道“什么是矢量信號收發儀？”，您先必須回答：“你需要解決何種測量和控制問題？” 精確的射頻發送器、射頻接收器以及數字I / O可靈活連接至用戶可編程的FPGA，VST因而能夠從容應對各方面的挑戰。